211service.com
Biofilmu spridzināšana ar vīrusiem
Kad baktērijas apvienojas lipīgās, pret zālēm izturīgās kopienās, ko sauc par bioplēvēm, tās var būt gandrīz neiespējami izskaust, izmantojot parastās antibiotikas. Bioplēves, kas parasti atrodamas uz medicīnas ierīcēm, piemēram, katetriem, var izraisīt gingivītu un hroniskas ausu infekcijas. Tie var izraisīt arī vides un rūpnieciskas problēmas, aizsērējot ūdensvadus.
Spridzināšanas bioplēves: Speciāli izstrādāti vīrusi (iepriekš parādīti kā sešstūri) sadala baktēriju kopienas, ko sauc par bioplēvēm, kas var aizsprostot kanalizāciju un izraisīt hroniskas infekcijas. Vīrusi ražo fermentus (parādīti sarkanā krāsā), kas izšķīdina ogļhidrātus, kas savieno baktērijas. Vīrusi arī inficē baktēriju šūnas (parādītas kā ovāli), izraisot to pārsprāgšanu un nāvi.
Bostonas universitātes biomedicīnas inženieri ir izstrādājuši jaunu, ļoti efektīvu līdzekli biofilmās dzīvojošo baktēriju izkliedēšanai un iznīcināšanai. Sintētiskā biologa vadībā Džeimss Kolinss , komanda ir izstrādājusi vīrusus, kas uzbrūk biofilmām divās frontēs: nogalinot tajās mītošās baktērijas un izšķīdinot ogļhidrātus, kas tos satur kopā. Ja šādi baktērijām uzbrūkošie vīrusi izrādīsies droši rūpnieciskai un klīniskai lietošanai, saka Kolinss, pētnieki varētu izveidot dažādu veidu vīrusu krājumus, no kuriem katrs ir pielāgots, lai uzbruktu cita veida bioplēvei.
Kolinss ir izstrādājis vīrusu, kas var izkliedēt vairāk nekā 99 procentus no E. coli modeļa biofilmā. Helēna Blekvela Viskonsinas-Medisonas universitātes ķīmiķis uzskata, ka tas ir milzīgs sasniegums: es neesmu redzējis neko tik efektīvu kā šī pieeja. Ir aprakstīts Kolinsa izstrādātais vīruss tiešsaistē žurnālā Proceedings of the National Academy of Sciences .
Baktērijas, kas dzīvo kopā bioplēvēs, ir tūkstoš reižu izturīgākas pret antibiotikām nekā brīvi peldošās baktērijas, saka Kolinss. Tos aizsargā lipīga ogļhidrātu sastatne, ko sauc par matricu. Matrica bloķē antibiotikas un šūnas no cilvēka imūnsistēmas un pat nodrošina baktērijām kaut ko līdzīgu primitīvai asinsrites sistēmai.
Dažos gadījumos, tostarp dažās hroniskās ausu infekcijās bērniem un hroniskām plaušu infekcijām pacientiem ar cistisko fibrozi, audi, kas satur bioplēvi, ir vienkārši jāizgriež. (Skatiet Biofilmas, kas vainojamas hronisku ausu infekciju gadījumā.) Lielas antibiotiku devas parasti var izskaust šīs infekcijas, saka Blekvels. Taču viņa atzīmē, ka pastāv bažas, ka pret zālēm rezistentas bioplēves infekcijas kļūst arvien izplatītākas un šķiet, ka antibiotiku lietošana izraisa bioplēves veidošanos.
Viena lieta, kas man patīk [Kolinsa] pieejā, ir tā, ka tā ir divpusēja, saka Filips Stjuarts , direktors Biofilmu inženierijas centrs Montānas štata universitātē. [Vīrusi] nogalina baktērijas, bet tie ir vērsti arī uz bioplēves matricu.
Kolinsa pieeja ir atlasīt vīrusu, kas jau ir vērsts pret interesēm baktērijām, piemēram, E. coli vai Stafilokoks . Tad viņš ievada vīrusā gēnu fermentam, kas izšķīdina galveno ogļhidrātu komponentu bioplēves matricā, kas aizsargā baktērijas. Ir vīrusi, kas specializējas, lai inficētu visas baktēriju sugas. Šie vīrusi replikējas baktēriju šūnās, pēc tam tās atveras, nogalinot baktērijas un izplatās citās baktēriju šūnās. Bet tie nekaitē dzīvnieku šūnām vai baktērijām, izņemot tās, kurām tie ir paredzēti.
Dabiski sastopami vīrusi var uzbrukt bioplēvēm. Bet Kolinss parādīja, ka vīrusa gēna piešķiršana matricas šķīdināšanai palielināja vīrusa efektivitāti par 4,5 kārtībām.
Kolinsa koncepcijas pierādījuma vīruss ir pielāgots noteiktam vīrusa veidam E. coli biofilma. Viņš saka, ka pastāv daudzas baktēriju sugas un celmi, un viena bioplēve var atbalstīt vairākas baktēriju sugas un celmus. Mazākā mērā bioplēves matricas komponentos ir arī zināma dažādība. Tomēr Kolinss saka, ka DNS sekvencēšanas un sintēzes tehnoloģiju pieaugošā ātruma un cenu krituma dēļ nebūtu grūti izstrādāt vīrusu, kas pielāgots katram bioplēves veidam.
Šķiet, ka Kolinsa vīrusu tehnika pārvar dažas ķīmisko metožu problēmas. Blekvels, kurš izstrādā mazas molekulas, lai izjauktu baktēriju signālu ceļus, kas uztur bioplēves, saka, ka bioplēves graujošo ķīmisko vielu, piemēram, enzīmu, piegāde ir bijis galvenais šķērslis. (Skatiet Blackwell's TR35 Young Novator profilu.)
Tādi vīrusi kā Collins izstrādātie vīrusi ir izmantoti gadu desmitiem, lai ārstētu infekcijas Austrumeiropā un Krievijā. Bet neviens vēl nav apstiprināts klīniskai lietošanai Amerikas Savienotajās Valstīs. Tomēr FDA ir apstiprinājusi vienu vīrusu kokteili lietošanai kā pārtikas piedevu.
Šādu vīrusu riski nav skaidri, taču pastāv bažas, ka tie var izraisīt bīstamu imūnreakciju. Kolinss saka, ka viens no iemesliem, kāpēc tie, iespējams, nav plaši pētīti attiecībā uz to potenciālu ārstēt infekciju, ir tas, ka antibiotikas līdz šim ir bijušas pietiekamas. Bet, tā kā slimnīcās parādās pret vairākām zālēm rezistenti baktēriju celmi, vairāki uzņēmumi meklē vīrusus, viņš saka.
Visticamāk, ka vīrusi tiks apstiprināti rūpnieciskai lietošanai, attiecībā uz kuriem noteikumi nav tik stingri, pirms tos nogādās klīnikā. Blekvels saka, ka rūpnieciskos lietojumos, kur jūs tos neievietojat kāda cilvēka ķermenī, šiem vīrusiem var būt milzīga ietekme uz bioplēves kontroli tādās vietās kā ūdensvadi un kanalizācijas.